NI LabVIEW – единая платформа для управления, измерений и моделирования

Источник: ni.com/russia.

NI LabVIEW – единая платформа для управления, измерений и моделирования
Уже почти 20 лет инженеры и ученые используют среду графического 
программирования National Instruments LabVIEW для создания автоматизированных 
систем сбора данных и управления приборами, которые нашли применение как в 
исследовательских и испытательных лабораториях, так и на технологических 
производственных линиях. Все это время среда LabVIEW постоянно 
совершенствовалась - благодаря регулярному выходу новых версий, а также выпуску 
специализированных модулей, библиотек и дополнений, обусловленных пожеланиями 
пользователей и исследовательской работой коллектива разработчиков LabVIEW, и 
фактически стала стандартом в ряде областей науки и техники (рис. 1). Согласно 
своей фундаментальной идее, LabVIEW позволила инженерам, не имеющим глубоких 
знаний и опыта в традиционном программировании, быстро создавать сложные 
автоматизированные системы измерений и управления. Но в своем развитии LabVIEW 
стала больше, чем просто языком программирования. LabVIEW предоставляет 
пользователю широкую гамму инструментов, которые образуют графическую платформу 
разработки для моделирования, управления и тестирования. В данной статье кратко 
рассматриваются инструментальные средства и библиотеки, которые продвигают 
платформу LabVIEW в новые, все более перспективные отрасли промышленности и на 
новые сегменты рынка высоких технологий.
 
Проектирование и разработка на единой платформе
В связи с бурным развитием технологий за последние 20 лет, включая увеличение 
производительности полупроводниковых приборов и уменьшение их размеров в 
соответствии с законом Мура, повсеместным внедрением компьютеров и 
микропроцессоров, развитием стандартов связи и сетевых технологий, инженеры были 
вынуждены в равной степени увеличивать сложность процессов разработки, 
производства и тестирования новых продуктов.
            LabVIEW имеет множество преимуществ в различных областях разработки 
приложений и отраслях промышленности. Кроме этого, компания National Instruments 
дополнила среду программирования внедрением целого семейства дополнительных 
модулей и библиотек для расширения круга решаемых задач. Данная платформа 
полностью перекрывает потребности трех базовых областей применений:
  Автоматизированные системы измерения и тестирования 
  Промышленные системы контроля и управления 
  Проектирование и отладка встраиваемых систем 
 
Автоматизированные системы измерения и тестирования на платформе LabVIEW
Для приложений автоматизированного тестирования LabVIEW предоставляет широкий 
набор средств  для ввода и вывода сигналов с различного аппаратного обеспечения, 
а также функции специализированного анализа, необходимые для проведения 
измерений в различных областях. Кроме этого, платформа содержит целый спектр 
инструментов для задач автоматизации и обработки данных:
  Интерактивные измерения. С помощью пакета NI SignalExpress вы можете 
  интерактивно использовать виртуальные приборы (встраиваемые либо автономные 
  приборы, управляемые с компьютера) для проведения необходимых вам измерений и 
  анализа сигналов. Для проведения оценочных, быстрых и простых измерений, когда 
  даже простейшее программирование избыточно, NI SignalExpress помогает за 
  считанные минуты сконфигурировать процедуру измерения, сравнить результаты с 
  данными моделирования и сохранить их на компьютере. 
  Автоматизированные системы испытаний. С помощью пакета NI TestStand вы можете 
  разработать структурированную последовательность испытаний, представляющих 
  собой отдельные программы LabVIEW (либо модули других систем 
  программирования), со сложной логикой принятия решений «тест прошел/не прошел» 
  для управления общим ходом испытания. Кроме того, NI TestStand легко 
  интегрируется в единые информационные системы предприятия (ERP) для 
  предоставления результатов в базы данных либо для отслеживания испытуемых 
  изделий через автоматизированные системы управления производством (MES). 
 
Для проведения автоматизированных измерений LabVIEW содержит пакеты анализа, 
оптимизированные для различных измерительных задач:
 
  Тестирование линий связи – средства обработки и генерации сложных 
  модулированных сигналов и усовершенствованные функции для проведения 
  спектральных измерений, расширяющие возможности библиотек, содержащихся в 
  базовом комплекте LabVIEW 
  Измерение виброакустических сигналов – модули для исследования динамических 
  акустических сигналов с целью оценки качества звука, или проведения 
  структурных испытаний 
  Мониторинг состояния машин и механизмов– специализированные алгоритмы 
  порядкового анализа вращающихся частей механизмов (вэйвлет-анализ, совместный 
  частотно-временной анализ) 
  Обработка изображений – средства для автоматизированного визуального контроля 
  и приложений машинного зрения. 
 
Платформа для промышленных системы измерения и управления на базе LabVIEW
Для создания приложений управления LabVIEW содержит отдельный набор 
специализированных библиотек, дополняющих графическую платформу методами 
управления, функциями распределенного мониторинга и управления, АСУТП, а также 
возможностями управления в реальном времени.
С помощью LabVIEW вы можете использовать единую платформу для разработки и 
развертывания собственных концепций управления, применяя различные подходы и 
технологии, такие как:
 
  ПИД-регулирование – Используйте преимущества этой технологии для относительно 
  простого создания промышленных приложений управления. 
  Расширенное управление – LabVIEW содержит средства разработки алгоритмов 
  оптимального управления на основе признанных моделей контроллер-объект, либо 
  управление на базе принятых/выданных сигналов с учетом усовершенствованной 
  идентификации системы. Кроме того,  к LabVIEW поставляется дополнительная 
  библиотека для непрерывного контроля работы динамических систем, позволяющая 
  использовать указанные модели совместно с традиционными функциями управления, 
  такими как передаточные функции, интеграторы, дифференциаторы и цепи обратной 
  связи. 
  Управление движением – Используется для управления электроприводами и 
  промышленными механизмами. 
  Повторное воспроизведение опытных сигналов – Это уникальная возможность 
  воспроизводить ранее сохраненные измерительные данные (ход нагрузок в 
  автомобильной технике, сигналы переходных  процессов в электронике и связи и 
  т.д.) для проведения модельных испытаний или отладки прототипов изделий и 
  устройств 
 
Модуль LabVIEW Real-Time для промышленных платформ является идеальным выбором 
для реализации алгоритмов управления в производственных системах. Тем не менее, 
ряд пользователей из отраслей проектирования машин и промышленного управления 
считают, что расширение возможностей LabVIEW для программирования ПЛИСов, 
интегрированных в узлы ввода/вывода, является ещё более надежным методом 
внедрения управляющих алгоритмов. Если вы запрограммируете функциональность 
оборудования через встроенную ПЛИС, то это оборудование оказывается гораздо 
более защищенным и надежным в производственном процессе. Обеспечение тесной 
взаимосвязи между программированием встраиваемых ПЛИС и приложениями 
промышленного управления с помощью интуитивно понятного подхода графического 
программирования является уникальным преимуществом использования LabVIEW.
Для разработки распределенных систем мониторинга и управления LabVIEW имеет 
системные возможности более высокого уровня, такие как занесение информации в 
базу данных, алгоритмы принятия решений, обеспечение безопасности.
 
Платформа для разработки и отладки встраиваемых систем на базе LabVIEW
Разработчики в основном знакомы с LabVIEW как со средством проведения измерений. 
Однако LabVIEW продолжает приобретать популярность и как инструмент создания 
универсальных алгоритмов для инженеров и ученых во многих сферах деятельности. 
Сочетание развитых библиотек для обработки сигналов и управляющих алгоритмов с 
готовыми к использованию инструментальными средствами позволяет быстро 
проектировать, создавать прототипы и разворачивать системы с помощью LabVIEW. 
Ниже приведены некоторые ключевые свойства платформы LabVIEW, используемые при 
проектировании систем.
 
  Обширная библиотека анализа и математических функций. LabVIEW содержит сотни 
  математических функций, охватывающих широкий спектр традиционных алгоритмов в 
  областях математического анализа, обработки сигналов, вероятности и 
  статистики, систем управления, представляющие собой основу любого 
  пользовательского алгоритма. 
  Естественная интеграция с устройствами ввода/вывода – Поскольку реальные 
  физические данные очень легко получить с помощью LabVIEW, вы, несомненно, 
  оцените удобство проверки и отладки созданных алгоритмов на примере реальных 
  данных. 
  Аппаратные платформы для создания систем реального времени – алгоритмы LabVIEW 
  можно выполнять на платформах реального времени с интегрированным 
  вводом/выводом. С помощью модульных аппаратных средств National Instruments 
  CompactRIO и PXI можно быстро создавать прототипы встраиваемых систем, 
  использующих процессоры, ПЛИС для встроенной логики и широкий спектр 
  оригинальных устройств ввода/вывода. 
 
Одна платформа, множество приложений
Во многих областях современной промышленности, начиная от исследовательских 
лабораторий до конструкторских бюро, создающих распределенные и встраиваемые 
системы, платформа графической разработки LabVIEW увеличивает производительность 
труда инженеров и ученых. Сочетание интуитивно понятного графического языка 
программирования, поддержки широкого набора устройств ввода/вывода и растущего 
сообщества пользователей, участвующих в развитии платформы LabVIEW, делает 
успешным создание принципиально новых приложений. Переходя на более эффективный 
графический принцип разработки, однако продолжая использовать открытую среду 
программирования LabVIEW для воплощения разработанных алгоритмов и обмена 
данными со средствами моделирования, можно модернизировать средства разработки и 
сократить временные затраты на всех этапах жизненного цикла изделий.